“会动的钢弹”如何兼顾设计与可动性？直到实现为止的专案笔记
在日本当地的电脑娱乐开发者会议“CEDEC 2021（CEDEC：Computer Entertainment Developers Conference）”第三日，举行了“‘将不可能化为可能’——直到‘会动的钢弹’实现为止的专案笔记”讲座。虽然和游戏没有直接关系，但是在活动最后一天，竟然有一场以如此有趣的内容为主题，并分为前后两篇、花费两场讲座份量时间的讲座，那怎么可以错过呢。
到底“会动的钢弹”是如何被打造出来的？以下就要为大家整理报导讲座内容。
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登台主讲的是钢弹 GLOBAL CHALLENGE GGC 技术总监石井启范（照片左），
以及 Asratec 董事兼首席机器人创作者 / GGC 系统总监吉崎航（照片右）
以防万一，先说明什么是“会动的钢弹”，就是指在 GUNDAM FACTORY YOKOHAMA 将会展示到 2022 年 3 月 31 日止的实物大小钢弹。《机动战士钢弹》的主角机体 RX-78-2，会摆出手指向天空，或者是单膝跪地的姿势。
单论实物大小钢弹本身，是在 2009 年于日本台场首次登场，从 2017 年开始则是展示可以变形成毁灭模式（デストロイモード）的独角兽钢弹（ユニコーンガンダム）。除此之外就是在日本横浜从 2020 年底正式对外公开的“会动的钢弹”了。
在 2009 年展示期间的五十二天内，大约动员了四百一十五万名观众，反应可说是十分热烈。于是便在 2014 年，以未来要让钢弹动起来为目标，成立了钢弹 GLOBAL CHALLENGE，开始正式立案执行。
专案目的当然是要打造出高十八公尺的实物大小可动钢弹，以及要重现出有原本钢弹风味的动作。并定立由各种不同领域之技术伙伴一起合作的“技术挑战”，依靠现有技术的“实现可能性”，不会翻倒的“安全性”，以及兼顾可动性的“设计”等开发关键字。
一开始先花了整整三年在打造出开发团队上面，最终敲定由石井启范、吉崎航，以及创意总监川原正毅构成的三人总监体制，以及总共九家公司的技术伙伴。
在 2018 年进入正式开发阶段，会由包含技术伙伴代表在内的三十名成员举行会议，并在隔周实际执行计画方案。2019 年开始各部位详细设计以及零件设计工作，同时也执行了各个部位的试组装。
然后到了 2020 年，执行整体组装与各项测试，最后正式公开。
能够实现“会动的钢弹”，可说是集合了各种不同领域的技术。被称为“G 船坞”的维护整修用机库，是可以容纳巨大机械的建筑技术。用来支撑钢弹站立的转向架“G 运输车”，是能够搬运重物的重型机具与建设用机具技术。钢弹本体的框架也是重型机具技术，关节和系统是产业用机器人技术，而手部则是娱乐用机器人技术。
会动的钢弹本作全高十八公尺，重量约二十五公吨。是由钢铁制的可动框架，和玻璃纤维强化塑胶（FPR）制的外壳构成。关节的可动部位使用发动机与旋转式的减速机，不过腰部等中心部位因为力矩不足的关系，所以多加了电动汽缸。因为要让它可以动，就必须尽可能减轻重量，所以在形状和素材上都很讲究。
就安全层面来说，采用从腰部后面以转向架（G 运输车）支撑的方式。虽然有驾驶舱存在，但是在动作时不会有人搭乘，而是从远隔控制室来下达动作指令。而且在设计时，还有考虑到野外环境会发生的降雨以及盐害，甚至是地震或台风等天灾。
支撑钢弹的 G 运输车，是为了保持稳定性不至于翻倒的巨大转向架。以高台上的吊索来连接到钢弹身上，用来保持配重的零件设计成像电梯一样，可以在上下四公尺内移动。
高台为了在钢弹摆出单膝跪地姿势时不至于被踢到，所以设计了用来容纳的空间，是其最大特征。
用来维护整修的 G 船坞，是一个高六层楼的多段式机库。为了可以整修钢弹前方部份，以及搭乘进惊驶舱，所以设置了可动平台。
因为在 G 船坞旁边还设置了观赏用的高塔，所以并不像过去展示的立像一样，只能从下方观赏，可以用各种不同的角度来享受实物大小的钢弹。
讲座还有谈到为了让钢弹动作的系统“动作程式”这部份。
吉崎航表示就像前面提到的一样，这架钢弹带有娱乐机器人的要素、产业用机器人的要素、重型机具的要素，以及建筑物的要素等等各种不同的要素，各个部份都是以不同的系统来驱动，所以要整合在一起让它摆出动作十分困难。
根据吉崎航的说明，这些要素是以阶层构造互相连结，从实际上操纵钢弹的人来看，其实就像是一种演出控制装置。简单来说就是设计成就像是对灯光指示“把灯头晃一下”或是“这时候点灯”之类的指示一样，很简单就可以操作钢弹整体的动作。
当然也搭载了在发出错误指示的时候，会自动判断这时“不应该动”，检查到异常状态就一定会停止动作，负责监视是否安全的独立系统。
动作程式采用吉崎航独自开发的“V-Sido”，并不是先做出钢弹后再去分配动作，而是先靠 CG 技术来调整希望可以做出的动作。
而这些动作，以及本专案当中用到的 CG，就是靠 OpenGL、Unity 以及 Unreal Engine 等，在游戏开发时也很常会用上的工具软件。
由于在钢弹的动作方面，目标是要表现出上下方向不同，所以关节零件使用的发动机，几乎都是用来前后移动的俯仰轴。执行的动作则是“把手举起来”、“单脚站立”以及“步行”等等，以此为基准去决定各部位关节的配置位置。
正如同下面的图片一样，钢弹在肩膀和腰部配置比较多的发动机，这是因为要在在钢弹实际动作时会成为阻碍的护肩和裙甲，也必须要配置用来移动该部位的发动机之故。特别是在裙甲上，因为即使只是移动上半身，也会牵动到大腿部份，所以费了很多苦心确保该部位的可动范围。在制作游戏时，常常是做出的动作就算会干涉到裙甲也没有在管，但要在现实中动作的话可不能这样。
在关节部位里会配置发动机和减速机，但减速机的大小与能制造的力矩有直接关系。然而实际上和铁块一样的减速机很沉重，希望能制造足够大的出力就必须要用更沉重的减速机。而且因为越是到末端关节，其重量就会不断累积下来的关系，如果为了让手肘出力够高而配置大型减速机的话，就可能会让钢弹肩膀举不起来。并不是用得越大就越好，正是这里的困难之处。
在要让关节活动时，首先要决定的事情，就是应该要用什么程度的速度和加速度来活动。这部份决定好之后，就可以决定关节的构造，并且以这些参数来计算出重量和力矩。接着就可以找出能够承受这种力矩的减速机，再决定要搭配使用的发动机。最后一步是要调整大小，如果太大的话就要变更发动机数量，或者是调整筐架形状来配合设计才行。
如果做到这种程度还是无法吻合的话，就必须要减轻重量，所以得从决定重量的步骤重新来过。吉崎航回首制造过程，表示这一连串的步骤重复过非常多次，真的是相当辛苦。
在步行动作中，抬起来的那一只脚看起来很像是会踩到地面上，但其实并没有贴紧地面，而是配合动作让转向架移动。这时在步行动作中没有移动的那一只脚，其实并不是真的完全没有动作，而是为了不让脚掌看起来像是在地面上滑行，所以会执行全身上下的运动控制。
而且吉崎航还说，在这些控制上，并不是单纯使用在开发游戏时也会用到的逆运动学（IK）。像这次的钢弹这样，实际物理限制很严格的情况下，逆运动学演算反而有可能会变成一种阻碍，于是在开发过程中刻意不去管逆运动学的正确性。
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包含动作制作、自动调整、力矩可视化，以及实际控制在内，都是以吉崎航独自开发的 V-Sido 来执行。图片右边以 Unity 开发的“V-Sido Visualizer”，则是为了把动作的印象概念更清楚传达给各关联公司，而开发的情报共享软件。在以虚拟实境方式共享情报时，富野由悠季监督表示“钢弹看起来意外小台啊” -
实际使用的资料格式一览表，为了能够开启所有档案，所以使用了其实并不是很普遍的 Shade -
吉崎航平常使用的软件一览表，
以游戏业界来说 Shade 和 Blender 的使用目的可能会有重叠，但要开启 CAD 档案的话还是 Shade 比较合适
为了兼顾钢弹的设计与动作
以下要报导后篇讲座的内容，首先是要让钢弹动起来会面临到的问题，有“到底应该要怎么样动，才能让原本没有考虑到要在现实中动作的钢弹动起来”，以及“要怎么样才能够兼顾到设计和可动性”。
在此处要介绍的是钢弹的内部筐架，比如说下面这张图片的“1-a”部份，可以看到明明脚怀筐架初期设计案是完全笔直，但是最终采用方案则是朝向内侧弯曲。为了能够在关节部位安装发动机，所以要朝向外侧扩张。也因此需要能够遮盖住这个部位的遮蔽物，但是钢弹原本设计上小腿肚部份比较纤细，加上遮蔽物看起来会感觉不太对劲。于是只好让一部份筐架转向内侧，让发动机可以安装在空出来的空间，才能够保持钢弹原本的造型。
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大腿部份也一样，想要能够行动的话，就不可能只靠一个遮蔽物来挡住整个筐架。所以就把前后大腿上的遮蔽物切割开来，采用能够滑动的构造。在钢弹模型上有运用的构造，也能够拿来套用在这种地方，是颇为有趣之处
和 2009 年第一架制造的实物大小钢弹相较之下，“会动的钢弹”明明一样是 RX-78-2，但是造型设计上却改变不少。特别是这次因为要让钢弹动作，所以风与重量的影响很大。也因此要尽可能让手脚更纤细，或是让光束军刀以及背包小型化，尽可能减轻整体重量。
至于说到差距最大的部份，希望大家可以注意肩部（请参考上面图片的最右边）。排列变成了八字形，会这样变更有两个理由。其一是在要把手举起来的时候，举到斜上方时因为会有横向动作的关系，动作看起来就会感觉更有魄力。另外一个理由，是钢弹可能会把手弯起来，也可能会让腰部左右扭动，为了不会互相干涉必须要确保有足够空间。
另外看到脚部也会发现膝盖的位置比较低，虽然拉高膝盖位置可以让脚看起来比较长，但是“会动的钢弹”则是为了让单膝跪地时看起来更美观，采用和人类一样，大腿和小腿相比差不多是一比一的比例。因为把膝盖向下拉，所以膝盖遮蔽物向上凸出的长度也变得比较长。
在要让钢弹行动时，如何让在软件上的模拟结果，与实际行动能够配合一致，也是很辛苦的地方。就像前面提到的一样，并不是先做出钢弹之后再来思考动作，而是先以设计资料为蓝本制作出 CG 动作，所以实际到底能够重现 CG 的动作到什么程度，在进行确认时真的是十分紧张。
在制作实机之前，其实有许多不同的试作机。最小规模的是五百分之一大小，以 3D 打印技术加上纸模型方式制作。除此之外还有改造现有模型，用来确认关节、设计以及可动性的试作机。
“会动的钢弹”还有以“1/48 RX-78F00 钢弹”为名推出模型商品，其实这也有用来当作动作的参考资料。
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控制软件使用的开发语言有 C++、VC++、C#、Java Script，可以说是“颇复杂的合成兽” -
用来解说实际上在控制时是在做什么的图表，一开始要先输入关节构成和物理参数，然后指定摆出的姿势。接下来进入没有接收到指示的关节会互相连动，并且避免有部位冲突的自动修正阶段。透过前面提到的试作机确认实际动作后，输出成动作档案。这一连串的流程，全都是在同一套软件上执行
在被问到“富野监督是如何监修的呢”这个问题时，吉崎航表示他不会提出很强烈的否决方案，而且也给出许多具有建设性的意见。除此之外，似乎还有主动提出“能不能比出 V 手势”这样的要求。
当时没办法直接让他看到实在是很令人不甘心，于是直到这次讲座举行的一个星期前（8 月 21 日），才终于能够让他看到可以比出 V 手势的照片（只不过是没有对外一般公开的动作）。
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因为手指无法朝横方向撑开，所以是调整外观让动作看起来更像是 V 手势
另一方面，石井启范在与富野监督的讨论过程当中，最有印象的一点就是他指出“由 G 运输车支撑起来好吗”这个问题。如果有考虑到实现可能性，就一定需要有东西支撑。但是从富野监督的角度来看，应该是认为“这是想要看到钢弹这个虚构作品，与实际制作产物之间的界限何在。如果打从一开始就考虑要使用转向架就太偏向现实了，应该要更勇于挑战才对”。
幸好实际完成的钢弹，比富野监督想像中的还要接近虚构作品，开发团队也很高兴能看到他表现出开心的模样。
在讲座最后还宣传了一下，介绍“会动的钢弹”幕后制作书籍。只要看完这本书就可以做出钢弹…… 虽然是不会这样保证，但是从软件方面、机械方面以及设计方面上，都收录了非常详尽的内容，如果有兴趣的话，绝对是不可错过吧。
在 GUNDAM FACTORY YOKOHAMA 的展示预定到 2022 年 3 月 31 日为止。
